[實用新型]一種非對稱結構的燃料電池陰陽極板及由其構成的電堆

有效

• 申請號: 201721851604.2
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN207637904U
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 程敏;李慧哲;石偉玉;介亞克;李娜
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/0265;H01M8/24
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;涂文詩

本實用新型公開了一種非對稱結構的燃料電池陰陽極板及由其構成的電堆，所述陰陽極板的特征在于：所述陰、陽極板均為非對稱結構，且所述陰、陽極板上的氧化劑、還原劑及冷卻劑的流出通道的面積大于等于其對應的流入通道的面積，介質流出通道的面積與介質流入通道的面積的比值范圍為1～4。本實用新型能夠均勻分配電堆各節電池放電所需的反應氣體，減小電堆內部氧化劑、還原劑、冷卻劑三種流體介質從各自的分配通道分配至各節電池內的流量差異的情況，保證電流密度分布均勻，避免局部過熱，從而提高各節電池輸出的電性能均一性。

技術領域

本實用新型涉及燃料電池領域，更具體地，涉及一種非對稱結構的燃料電池陰陽極板及由其構成的電堆。

背景技術

燃料電池(PEMFC)通過作為燃料氣體的氫氣和作為氧化劑氣體的氧氣(或空氣)之間的電化學反應來發電。PEMFC具有高效率、高電流密度、高功率密度、短啟動時間、以及對負載變化的快速響應等特點。

但是由于單節燃料電池的輸出電壓較低，一般為0.6-0.8V，所以在實際運用中，需要將許多單電池串聯起來組成電堆，在堆疊的厚度方向，各節單電池上的流體分配通道就形成了流體分配管道。燃料電池工作時，外部供給的反應氣體和冷卻劑通過各自的流體分配管道分配到每節單電池中，進入單電池流場，再經過擴散層到達催化層反應區，發生電化學反應產生電流，反應后的尾氣通過流體分配出口管道排出。由于流阻、節流等因素，電堆中每節電池的進氣壓力和進氣流量都難以均勻，而電堆內氣體的流量分配情況影響各節電池反應氣體供給的充分程度，若反應氣在各節電池中分配的不均衡，將導致電堆的電流密度、功率密度和發熱量分布不均勻，可能局部失水、過熱等，使得電堆中不同區域的電池性能差異較大。所以，各節單電池之間的流量分配均勻性能直接關系到電堆輸出性能的均一性。

對于大功率的燃料電池電堆，通常輸出功率在100KW左右，堆疊的單電池數量一般在300節左右，需要供給的流量隨著電堆節數的增大而變大，流體分配管道內復雜的流體力學原理常常導致各節電池的流量分配不均。并且，隨著電堆堆疊厚度尺寸的放大，流體分配管道內分配的均一性差異也被放大，因此，對于大功率燃料電池電堆，其流體分配管道的設計直接影響電堆的整體輸出性能，如果缺乏精確的設計計算，流量可能在分配管道中呈現出隨著某一方向遞減的現象。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，在保證一定的反應劑流量的情況下，均勻分配電堆各節電池放電所需的反應氣體，減小電堆內部氧化劑、還原劑、冷卻劑三種流體介質從各自的分配通道分配至各節電池內的流量差異的情況，保證電流密度分布均勻，避免局部過熱，從而提高各節電池輸出的電性能均一性。

為實現上述目的，本實用新型的技術方案如下：

一種非對稱結構的燃料電池陰陽極板，包括用于分配氧化劑的陰極板和用于分配還原劑的陽極板，所述陰極板和所述陽極板上均設有供氧化劑流入的氧化劑流入通道、供還原劑流入的還原劑流入通道、供冷卻劑流入的冷卻劑流入通道、供氧化劑流出的氧化劑流出通道、供還原劑流出的還原劑流出通道、供冷卻劑流出的冷卻劑流出通道，所述陰極板上的氧化劑流入通道、還原劑流入通道、冷卻劑流入通道分別與所述陽極板上的氧化劑流入通道、還原劑流入通道、冷卻劑流入通道對應完全一致，所述陰極板上的氧化劑流出通道、還原劑流出通道、冷卻劑流出通道分別與所述陽極板上的氧化劑流出通道、還原劑流出通道、冷卻劑流出通道對應完全一致，其特征在于，

所述陰、陽極板為非對稱結構，且

所述陰、陽極板上的氧化劑流入通道的面積為5cm²～60cm²，所述氧化劑流出通道的面積與所述氧化劑流入通道的面積的比值范圍為1～4；

所述陰、陽極板上的還原劑流入通道的面積為2cm²～20m²為，所述還原劑流出通道的面積與所述還原劑流入通道的面積的比值范圍為1～4；